了得網工業技術_納米材料電化學

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本書是一本全面介紹納米材料的電化學制備方法和其他制備方法的著作，包括儲能納米復合材料、電池及太陽能電池、傳感器等各個領域。

內容簡介

《納米材料電化學》共12章，重點介紹電化學在制造業的重要性及電化學在許多納米結構材料、工藝、制備中的功能性，主要介紹自組織陽極氧化過程制備高有序多孔陽極氧化鋁、電化學技術合成納米結構材料、自上而下法制備納米圖形化電極、模板法合成磁性納米線陣列、一維納米結構電化學傳感器、振蕩電沉積法制備自組織層狀納米結構、納米晶材料的電化學腐蝕行為、鋰離子電極材料力學完整性的納米工程、機械合金化制備納米結構儲氫材料、納米鈦氧化物的能量存儲和轉換、基於納米材料的DNA生物傳感器、金屬納米顆粒在電分析領域的應用。本書可以作為納米材料、電化學技術科學研究人員的參考書。

作者簡介

李屹，華南理工大學材料工程學院，副教授，納米材料領域專家，致力於儲能納米復合材料和電池及太陽能電池的光電化學研究，對傳感器等也有科研成果。

序一
序二
前言
貢獻者列表
1自組織陽極氧化過程制備高有序多孔陽極氧化鋁1
1.1引言1
1.2鋁的陽極氧化和多孔陽極氧化鋁結構4
1.3自組織多孔陽極氧化鋁的形成動力學19
1.4高有序多孔陽極氧化鋁的自組織生長和預刻印誘導生長34
1.5PAA模板法制備納米結構62
參考文獻69
2電化學技術合成納米結構材料89
2.1引言89
2.2陽極合成90序一
序二
前言
貢獻者列表
1自組織陽極氧化過程制備高有序多孔陽極氧化鋁1
1.1引言1
1.2鋁的陽極氧化和多孔陽極氧化鋁結構4
1.3自組織多孔陽極氧化鋁的形成動力學19
1.4高有序多孔陽極氧化鋁的自組織生長和預刻印誘導生長34
1.5PAA模板法制備納米結構62
參考文獻69
2電化學技術合成納米結構材料89
2.1引言89
2.2陽極合成90
2.3陰極合成106
2.4結束語124
參考文獻125
3自上而下法制備納米圖形化電極138
3.1引言138
3.2選擇納米電極制備方法的注意事項139
3.3自上而下法制備納米電極140
3.4應用151
3.5結論152
參考文獻153
4模板法合成磁性納米線陣列155
4.1引言155
4.2電化學合成納米線156
4.3電沉積納米線的物理性質167
4.4總結171
參考文獻171
5一維納米結構電化學傳感器175
5.1引言175
5.2模板法制備納米線/管175
5.3電化學階梯邊緣法180
5.4電化學刻蝕/沉積制備原子金屬線182
5.5未來前景和有潛力的技術185
5.6結束語186
參考文獻187
6振蕩電沉積法制備自組織層狀納米結構190
6.1簡介190
6.2Pt電極H2O2還原的振蕩電流194
6.3納米周期Cu-Sn合金多層膜195
6.4納米尺度層狀結構鐵族合金198
6.5其他繫統200
6.6總結202
參考文獻202
7納米晶材料的電化學腐蝕行為207
7.1引言207
7.2納米晶材料的電化學腐蝕行為207
7.3結論221
參考文獻222
8鋰離子電極材料力學完整性的納米工程224
8.1引言224
8.2電化學循環和電極的破壞224
8.3納米結構陽極材料的電化學特性231
8.4內部應力和Li陽極開裂模型236
8.5結論和未來展望240
參考文獻240
9機械合金化制備納米結構儲氫材料243
9.1引言243
9.2氫化物電極和Ni-MH電池基本概念248
9.3儲氫繫統概述249
9.4電性能260
9.5Ni-MH電池封裝263
9.6結論264
參考文獻264
10納米鈦氧化物的能量存儲和轉換267
10.1引言267
10.2納米二氧化鈦粉體的制備268
10.3其他的TiO2納米結構269
10.4制備納米Li4Ti5O12271
10.5納米Li4Ti5O12尖晶石在儲能裝置中的應用271
10.6太陽能轉換用納米銳鈦礦型TiO2275
10.7結論279
參考文獻279
11基於納米材料的DNA生物傳感器282
11.1引言282
11.2DNA生物傳感器與納米材料283
11.3結論296
參考文獻298
12金屬納米顆粒在電分析領域的應用303
12.1引言303
12.2電分析的應用307
12.3未來的展望315
參考文獻315
主要名詞322

前言

電化學和納米科技的結合通常可以分為兩個方向：納米科技在電化學中的應用以及電化學在納米科技中的應用。盡管從題目上看本書更傾向於前者，但本書的基本理念是力圖將這兩個方向相結合，從而形成“電化學納米科技”這一提法。由於相關領域的研究內容浩如煙海，為了引起讀者的興趣以及避免泛泛而談，我們在本書中精選了一些研究主題並圍繞這些主題進行了重點探討。我們認為，本書可以為讀者提供一個全面的視角，從而更好地了解該領域。在過去的幾十年裡，各專業領域獲得了快速的發展，而現在則迎來了跨學科研究和各領域間合作的時期。時至今日，作為一個成功的研究團隊，其所進行的研究工作不僅在本領域內是至關重要的，在其他領域也需具有重要意義。以納米科技為例，這一新興研究領域之所以取得了巨大成功，其中一個很重要的原因是其研究成果獲得了其他領域研究人員的興趣和關注。
我們之所以在此反復強調“電化學納米科技”，原因在於這一領域內存在大量有趣的研究內容以及各種極為重要的概念。由於電化學法可以低成本、高效率地合成各種納米結構，因而目前納米科技領域的眾多研究團隊也對電化學領域產生了普遍興趣。這一新趨勢的出現可以歸因於其所采用的方法，而利用這些方法也可以進行各種基礎研究。由於電化學在方法應用以及基礎研究等眾多領域獲得了廣泛應用，因而我們並不能簡單地將其歸為化學的一個分支。例如，當我們對化學繫統中的混沌動力學過程進行研究時，構建一般模型的手段是利用電化學振蕩：其可控化參數及繫統響應形式均可通過電化學裝置來進行設定，而在納米科技領域也是同樣的情況。電化學和納米科技的結合通常可以分為兩個方向：納米科技在電化學中的應用以及電化學在納米科技中的應用。盡管從題目上看本書更傾向於前者，但本書的基本理念是力圖將這兩個方向相結合，從而形成“電化學納米科技”這一提法。由於相關領域的研究內容浩如煙海，為了引起讀者的興趣以及避免泛泛而談，我們在本書中精選了一些研究主題並圍繞這些主題進行了重點探討。我們認為，本書可以為讀者提供一個全面的視角，從而更好地了解該領域。在過去的幾十年裡，各專業領域獲得了快速的發展，而現在則迎來了跨學科研究和各領域間合作的時期。時至今日，作為一個成功的研究團隊，其所進行的研究工作不僅在本領域內是至關重要的，在其他領域也需具有重要意義。以納米科技為例，這一新興研究領域之所以取得了巨大成功，其中一個很重要的原因是其研究成果獲得了其他領域研究人員的興趣和關注。
我們之所以在此反復強調“電化學納米科技”，原因在於這一領域內存在大量有趣的研究內容以及各種極為重要的概念。由於電化學法可以低成本、高效率地合成各種納米結構，因而目前納米科技領域的眾多研究團隊也對電化學領域產生了普遍興趣。這一新趨勢的出現可以歸因於其所采用的方法，而利用這些方法也可以進行各種基礎研究。由於電化學在方法應用以及基礎研究等眾多領域獲得了廣泛應用，因而我們並不能簡單地將其歸為化學的一個分支。例如，當我們對化學繫統中的混沌動力學過程進行研究時，構建一般模型的手段是利用電化學振蕩：其可控化參數及繫統響應形式均可通過電化學裝置來進行設定，而在納米科技領域也是同樣的情況。
作者本人次接觸納米領域時研究方向為電化學，當然，並非因為納米領域太過於熱門，實際上在那個時期納米領域的度並不高。當時，我在研究電化學振蕩時注意到了一個經典的理論：電極表面的電位分布是不均勻的，因而我就想，如果能尋找合適方法來檢測電極表面的局部電流，那一定非常有趣。隨後，掃描電化學顯微鏡（SECM）的出現為這一目標的實現鋪平了道路。此外，當我嘗試用碳納米管作為鋰電池的陽極材料時，由於石墨層間的固態擴散非常緩慢，我曾考慮過制備石墨烯片（不像納米管那樣卷曲）。雖然這些想法並沒有完全實現，但卻反映了電化學領域中的納米科技需求，可見，納米尺度在電化學繫統中扮演了必不可少的角色。
SECM通常被認為是一種掃描探針顯微鏡（SPM），電化學家們通常對其非常感興趣。事實上，SECM是在SPM的基礎上研制的，其除了可以作為SPM來使用，還可以對電化學/化學過程進行控制（當然，我們並非在此討論各種市售顯微鏡的功能，而是主要討論所涉及的概念）。令人感到遺憾的是，非電化學工作者由於擔心不尋常的電化學過程會影響實驗結果，因而很少使用SECM。因此，進行科研合作是非常必要的，這一過程蘊藏良機。例如之前所提到的應用電解法來使石墨電極逐層剝離從而制備石墨烯片，我們就可以在應用電化學方法研究這些納米材料的過程中獲得極大的科研機會，相比之下要遠高於研究其具體應用。近來，一些先進的研究方法例如快速伏安法為表面電化學領域的研究提供了新的機會，其主要可以應用於納米結構的識別。
Richard Alkire對電化學在納米科技領域的應用歷程進行了很好的闡述，並基於這一主題來對本書內容進行了總結。本書將主要圍繞電化學納米科技領域來進行討論，研究如何將納米材料應用於電化學繫統中。Yury Gogotsi和Patrice Simon對納米科技在日常生活中的迅猛發展進行了探討，而電化學在相關應用領域中扮演了重要角色，同時，其也論述了納米科技在現代電化學領域的需求（例如化學電源）。然而，目前納米科技與電化學領域間仍缺乏足夠的互動。本書將針對電化學繫統中構建納米結構的重要性，以及電化學方法合成納米結構的重要價值進行論述。
各位讀者可能會問為什麼你要反復不斷的強調“電化學納米科技”，但本書內容卻沒有對這一領域進行詳盡的涵蓋。事實上，本書的寫作初衷就是對特定領域內的熱點問題進行綜述，因為通常情況下，發表於學術期刊上的綜述文章不是過於籠統就是過於專業，很難達到合適的要求。在這一領域內，電化學材料科學由於具有龐大的讀者群，成為了引人注目的研究方向。在電化學相關文獻中有很多研究都是跟材料科學相關的，而很多電化學研究結果也會在材料科學文獻中進行報道。由於電化學過程（應用與合成領域）具有相似性，因而使不同的研究小組熟悉相似的繫統是非常重要的。因此，為了解決多方面的問題，本書選取了眾多讀者感興趣的研究主題來進行了論述。
如今，快速發展的電化學納米科技領域所關注的重點，或許是尋找一種新的思維方法。雖然每一個科學領域都有其自己的科研術語，但是重要的並不是獨特的術語，而是形成一致的思維方法。這種協調一致的努力可以促進科學界的統一，從而使各研究領域得到進步。在電化學納米科技領域，具有不同培訓經歷和思維方法的研究人員正越來越多地參與進來，這對於整個領域的長期發展是極為有益的。
雖然在此之前已有類似的書籍出版，但我們相信很多致力於將自己的研究領域同“電化學納米科技”領域相結合的研究小組都會對本書非常感興趣。借助於電化學納米科技，他們不僅可以更好地來解決自己領域內的問題，同時還可以提高電化學納米科技解決問題的能力。
電化學納米科技領域包羅萬像，因此我們邀請了該領域內不同研究方向的研究人員來參與本書的寫作工作。他們的研究成果展示了電化學納米科技領域的新研究進展和挑戰。雖然本書作者具有不同的研究背景（電化學或材料科學），但卻擁有一個共同的信念：電化學和納米科技之間的本質聯繫之前一直被忽視，而現在是解決這一問題的時候了。
非常榮幸可以請到三位廣受尊敬的科學家來為本書撰寫兩篇序言，作為一名的電化學專家，Richard Alkire因在電化學基礎理論方面的巨大貢獻而被人們所熟知，此外，其在電化學納米科技基礎領域也做出了很大貢獻，尤其是在電沉積等方面。
Yury Gogotsi是的納米材料科學家，其針對各種類型的納米材料進行了很多開創性的工作，尤其是碳質納米材料領域。他和Patrice Simon之間的合作就是納米材料與電化學相結合的典型範例，但之前很少有人提到這一點。
後，我想對WILEY-VCH出版社的編輯們表示感謝，感謝他們選中了本書所關注的主題以及在出版過程中所做的努力，他們對本書的終出版起到了重要作用。
我真誠希望本書內容可以對讀者的研究工作起到促進作用。

Ali Eftekhari

媒體評論

多角度學習納米材料電化學的書，很值得學習。

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